Pour bien comprendre ce mécanisme, il faut d'abord comprendre ce que contient une batterie lithium-ion — avant de pouvoir expliquer comment on en extrait les matières valorisables. Le recyclage des batteries n'est pas une simple opération de tri : c'est un processus chimique et métallurgique complexe, dont les performances actuelles restent en dessous des objectifs fixés par le règlement européen de 2023.
1. La chimie d'une batterie lithium-ion#
Les composants essentiels#
Une batterie lithium-ion est composée de plusieurs éléments structurants :
La cathode : c'est là que se concentrent les métaux critiques. Selon la chimie choisie par le fabricant, elle contient du cobalt (chimies NMC et NCA), du manganèse, du nickel, du fer (LFP — lithium fer phosphate) ou des combinaisons de ces éléments. La cathode est la partie la plus précieuse de la batterie.
L'anode : généralement en graphite, parfois en silicium dans les nouvelles générations. Contient peu de métaux précieux mais du cuivre dans ses collecteurs de courant.
L'électrolyte : solution de sel de lithium (hexafluorophosphate de lithium, LiPF6) dans un solvant organique. Inflammable et réactif à l'eau — c'est la principale source de risque lors du démantèlement.
Le séparateur : fine membrane poreuse en polyéthylène ou polypropylène qui sépare cathode et anode.
Les collecteurs de courant : feuilles d'aluminium (côté cathode) et de cuivre (côté anode).
Le cycle de charge et décharge#
Trois éléments sont à retenir pour comprendre le fonctionnement chimique :
- Charge : les ions lithium migrent de la cathode vers l'anode via l'électrolyte
- Décharge : les ions retournent de l'anode vers la cathode en produisant un courant électrique
- Dégradation : à chaque cycle, une petite quantité de lithium est "piégée" dans des couches de passivation, réduisant progressivement la capacité
C'est cette dégradation progressive qui conduit à terme au remplacement de la batterie — et donc à son recyclage.
2. Les procédés de recyclage actuels#
Il n'existe pas un seul procédé de recyclage des batteries lithium-ion, mais plusieurs voies technologiques aux performances et aux coûts différents. Deux grandes familles dominent : la pyrométallurgie et l'hydrométallurgie.
2.1 La pyrométallurgie : le procédé dominant, mais imparfait#
La pyrométallurgie consiste à fondre les batteries (ou les modules après démantèlement partiel) à très haute température — entre 1 400 et 1 600 °C. La chaleur extrême provoque la fusion des métaux, qui sont ensuite récupérés sous forme d'alliages.
Ce qui est récupéré : le cobalt, le nickel, le fer et le cuivre peuvent être valorisés sous forme d'alliages ou de ferro-alliages. Ces alliages sont utilisables dans d'autres industries, mais pas directement dans la fabrication de nouvelles batteries.
Ce qui est perdu : le lithium, le manganèse et le graphite de l'anode partent dans les scories ou sont émis sous forme de gaz. C'est le point faible majeur de la pyrométallurgie — le métal dont les besoins augmentent le plus rapidement (le lithium) est précisément celui que ce procédé ne sait pas récupérer efficacement.
Avantages : procédé robuste, applicable sans tri préalable fin des cellules, bonne capacité de traitement de volume.
Inconvénients : très énergivore, émissions importantes de CO2 et de gaz fluorés provenant de l'électrolyte, perte du lithium.
2.2 L'hydrométallurgie : plus performante, plus exigeante#
La voie hydrométallurgique procède différemment. Les batteries sont d'abord déchargées, démontées et broyées pour produire une "masse noire" (black mass) — poudre contenant les matières actives de la cathode et de l'anode. Cette masse noire est ensuite dissoute dans des solutions acides (acide sulfurique, acide chlorhydrique ou citrique selon les procédés).
Les métaux sont ensuite extraits séquentiellement par des opérations de séparation chimique : précipitation, extraction liquide-liquide, électrodéposition. Le résultat final est une série de composés métalliques purs.
Performances :
- Cobalt et nickel : taux de récupération supérieurs à 95 %
- Lithium : taux de récupération autour de 80 %
- Graphite : récupérable et réutilisable dans certaines configurations
Avantages : haute pureté des matériaux récupérés, récupération du lithium, matériaux directement réutilisables pour fabriquer de nouvelles cathodes.
Inconvénients : procédé plus complexe, nécessite un tri préalable des cellules par chimie, consomme de l'eau et des réactifs chimiques, génère des effluents à traiter.
2.3 Les procédés combinés#
La plupart des industriels du recyclage développent aujourd'hui des procédés hybrides qui combinent les deux approches : une première étape pyrométallurgique pour éliminer les composants organiques et obtenir un alliage de cathode, suivie d'une étape hydrométallurgique pour affiner et séparer les métaux.
Des acteurs comme Umicore (Belgique), Fortum Battery Recycling (Finlande), ou Eramet en France travaillent sur ces procédés combinés, avec des objectifs de récupération proches de 90 à 95 % pour l'ensemble des métaux cibles.
3. Le règlement européen 2023/1542 : les objectifs contraignants#
Le Règlement (UE) 2023/1542 du Parlement européen, adopté le 12 juillet 2023 et applicable progressivement jusqu'en 2031, fixe pour la première fois des objectifs quantitatifs contraignants pour le recyclage des batteries en Europe. Il remplace la directive batterie de 2006.
Les objectifs de collecte#
- 73 % des batteries portables devront être collectées d'ici 2030
Les objectifs de recyclage des matériaux#
À l'horizon 2030-2031 :
- Cobalt : 95 % de récupération obligatoire
- Cuivre : 95 % de récupération obligatoire
- Plomb : 85 % de récupération obligatoire
- Nickel : 95 % de récupération obligatoire
- Lithium : 80 % de récupération obligatoire (objectif intermédiaire à 2027 : 50 %)
Ces taux de récupération s'entendent en masse par rapport à la quantité totale présente dans les batteries collectées — pas en proportion des batteries mises sur le marché.
Le contenu recyclé obligatoire dans les nouvelles batteries#
C'est la disposition la plus innovante du règlement : à partir de 2031, toute batterie industrielle ou de véhicule électrique mise sur le marché européen devra contenir un minimum de matériaux recyclés :
- 16 % de cobalt recyclé
- 6 % de lithium recyclé
- 6 % de nickel recyclé
- 85 % de plomb recyclé
Ce n'est plus seulement une obligation de recycler en fin de vie, mais une obligation d'utiliser les matières secondaires dans la production. C'est un changement de paradigme majeur pour l'industrie des batteries.
Le passeport numérique des batteries#
Le règlement impose également la création d'un passeport numérique pour les batteries de plus de 2 kWh à partir de 2026. Ce document électronique devra contenir :
- La composition chimique de la batterie
- L'origine des matières premières (avec due diligence sur les conflits et les droits humains)
- Les performances de durabilité (capacité, résistance interne)
- L'empreinte carbone sur l'ensemble du cycle de vie
4. Les défis techniques et économiques non résolus#
Le problème du tri préalable#
L'efficacité du recyclage dépend en grande partie de la capacité à trier les batteries par chimie de cathode (NMC, LFP, NCA) avant de les traiter. Or, les batteries arrivent dans les centres de recyclage mélangées, sans information standardisée sur leur composition. Le passeport numérique du règlement 2023 est censé résoudre ce problème à terme, mais la transition sera longue.
La gestion des batteries endommagées#
Les batteries qui ont subi un choc mécanique ou une surchauffe présentent un risque d'emballement thermique (thermal runaway) lors du démantèlement. Ces batteries endommagées — notamment celles issues de véhicules accidentés — requièrent des protocoles de sécurité spécifiques qui renchérissent le processus.
La compétitivité économique#
À l'heure actuelle, le recyclage des batteries lithium-ion est encore souvent plus coûteux que l'extraction minière primaire — surtout pour le lithium, dont les prix ont fortement baissé en 2023-2024. Cette réalité économique fragilise les modèles d'affaires des recycleurs, qui dépendent souvent de subsides ou de prix de reprise garantis.
La situation est différente pour le cobalt, dont le recyclage est économiquement rentable grâce au prix élevé du métal sur les marchés.
Conclusion#
Le recyclage des batteries lithium-ion est techniquement possible, de plus en plus efficace, et désormais encadré par une réglementation européenne ambitieuse. Mais l'enjeu n'est pas seulement technique : il est aussi organisationnel (collecte, tri, logistique inverse) et économique (rentabilité des filières).
La chaîne est longue entre le contexte réglementaire favorable — le règlement de 2023 marque une avancée considérable — et une économie circulaire des batteries véritablement à maturité. Pour y parvenir, il faudra que les fabricants, les recycleurs et les autorités publiques coordonnent leurs efforts sur la durée.
